CN115155114A - 一种利用原位合成胶体二氧化硅稳定高碳醇乳液的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用原位合成胶体二氧化硅稳定高碳醇乳液的方及其应用，属于消泡剂技术领域。将高碳醇和硬脂酸混合，加热熔融，得油相；将水玻璃、天然多糖和非离子聚合物分散在水中，加热升温到70‑90℃，作为水相；将水相加入至油相中得油水混合物，乳化后得高碳醇乳液。利用硬脂酸和带有羧基的天然多糖海藻酸与水玻璃原位反应在高碳醇与水的界面上合成胶体二氧化硅，提高高碳醇乳液稳定性，水不溶性的硬脂酸和带有羧基的天然多糖则变为水溶性的硬脂酸钠和带有负电荷的水溶性多糖，与适量合成聚合物联合，起到稳定高碳醇乳液的作用，避免了直接使用表面活性剂，提高了乳液消泡效果，可广泛应用于造纸过程中。
Description
技术领域
本发明属于消泡剂技术领域，具体涉及一种利用原位合成胶体二氧化硅稳定高碳醇乳液的方法及其应用。
背景技术
纸浆中常含有具有表面活性的木素衍生物、蛋白质和腐殖酸等，在浆池搅拌器、冲浆泵等的机械搅动下因混入空气而形成泡沫，泡沫的存在不仅降低了纸机真空部件的密封性能，影响纸机的运转性能，还容易造成各种纸病，如形成纸面破洞、污点，降低纸张强度和施胶性能，甚至引起纸张定量的波动。因此，在造纸过程中通常需要使用消泡剂来消除形成的泡沫或抑制泡沫的形成，以维持纸机的正常运转及纸张性能的稳定。目前，造纸工业常用消泡剂大致可以分为有机硅类、聚醚类和高碳醇类消泡剂。其中，聚醚类消泡剂的适用温度范围相对较窄，有机硅类消泡剂价格较高且抑泡能力相对较弱，而高碳醇类消泡剂则温度适应范围宽、价格低廉且不易形成斑点，有望在制浆造纸工业得到更为广泛的应用。
高碳醇又称高级脂肪醇，造纸工业中作为消泡剂使用的高碳醇多为不溶于水的白色蜡状固体，需要利用乳化剂将事先熔融的高碳醇乳化为水包油型的乳液，再经冷却到常温才能作为消泡剂使用。因此，高碳醇的乳化在消泡剂的生产与使用中占有重要地位。在设计高碳醇乳化剂配方时，既要考虑到将高碳醇乳化获得稳定的乳液，又要考虑到高碳醇乳液的消泡性能，不能大量使用具有起泡作用的表面活性剂。同时考虑到高碳醇的强疏水性、弱亲水性，目前常采用多种表面活性剂联合乳化高碳醇，并利用高分子增稠剂提高高碳醇乳液的稳定性，防止高碳醇颗粒发生聚沉。然而，目前所报道的高碳醇乳化配方中即使是多种表面活性剂联合使用，仍然存在着表面活性剂用量大的问题，致使高碳醇乳液的消泡效果受到限制，且因表面活性剂或多或少地具有生物毒性，难以降解，大量表面活性剂尤其是含有磺酸盐基团的阴离子表面活性剂的使用，很容易引发环境问题。
发明内容
针对现有技术高碳醇乳液消泡剂制备中表面活性剂使用剂量大、消泡效果仍有待提高的问题，本发明提供了一种利用原位合成胶体二氧化硅稳定高碳醇乳液的方法及其应用，利用硬脂酸和带有羧基的天然多糖海藻酸与水玻璃原位反应在高碳醇与水的界面上合成胶体二氧化硅的方法，避免了直接使用表面活性剂，提高了乳液消泡效果。
本发明通过以下技术方案实现：
一种利用原位合成胶体二氧化硅稳定高碳醇乳液的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将高碳醇和硬脂酸混合，加热熔融，得油相；
（2）将水玻璃、天然多糖和非离子聚合物分散在水中，加热升温到70-90℃，作为水相；
（3）将水相加入至油相中得油水混合物，乳化后得高碳醇乳液。
进一步地，所述的非离子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚氧化乙烯中的一种。
进一步地，所述的天然多糖为带有羧基的天然多糖海藻酸。
进一步地，所述的水玻璃为模数3.0~3.4的中性水玻璃。
进一步地，所述的高碳醇是十六碳醇和十八碳醇中的一种或二者的混合物；所述的硬脂酸为指十八碳的饱和脂肪酸。
进一步地，所述的高碳醇的使用量占总高碳醇乳液质量的25~30%；所述的硬脂酸用量为高碳醇质量的0.1~0.3%；所述的水玻璃用量为高碳醇质量的0.1~0.3%；所述的天然多糖用量为高碳醇质量的0.1~0.5%；所述的非离子聚合物用量为高碳醇质量的0.2~0.5%。
本发明中，采用上述方法制备的高碳醇乳液。利用硬脂酸和带有羧基的天然多糖海藻酸与水玻璃原位反应在高碳醇与水的界面上合成胶体二氧化硅，并利用胶体二氧化硅所提供的界面颗粒层提高高碳醇乳液稳定性，其中水不溶性的硬脂酸和带有羧基的天然多糖则变为水溶性的硬脂酸钠和带有负电荷的水溶性多糖，与适量合成聚合物联合，起到稳定高碳醇乳液的作用，避免了直接使用表面活性剂，提高了乳液消泡效果。
本发明中，所述的高碳醇乳液在造纸过程中的应用，乳液稳定性好、黏度低、消泡效果好，可在造纸消泡过程中广泛应用。
有益效果
本发明利用原位合成胶体二氧化硅在高碳醇与水界面上所形成的固体颗粒膜稳定高碳醇乳液，利用该方法制备高碳醇乳液，制备工艺简单、成本低廉，几乎不添加传统表面活性剂，制备的高碳醇乳液具有表面活性剂用量低、乳液稳定性好、黏度低、消泡效果好、绿色环保和适于规模化生产的优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例；除另有指明，实施例中的所述地份数为质量份。
实施例1
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.03份硬脂酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.03份模数为3.4的水玻璃、0.06份聚乙烯吡咯烷酮和0.15份的海藻酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）在搅拌状态下，将水相加入至油相中，通过高速乳化设备，在10000转/分钟下乳化8分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液，乳液粒径3~5微米，黏度180 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，16 s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例2
（1）将10份十六碳醇、20份十八碳醇与0.06份硬脂酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.06份模数为3.0的水玻璃、0.09份聚氧化乙烯和0.09份的海藻酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）在搅拌状态下，将水相加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化6分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液，乳液粒径2~4微米，黏度216 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，15s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例3
（1）将20份十六碳醇、10份十八碳醇与0.07份硬脂酸混合加热到75℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.07份模数为3.0的水玻璃、0.06份聚氧化乙烯和0.129份的海藻酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至75℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）在搅拌状态下，将水相加入至油相中，通过高速乳化设备，在10000转/分钟下乳化8分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液，乳液粒径3~4微米，黏度206 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，18s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例4
（1）将30份十六碳醇与0.03份硬脂酸混合加热到70℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.05份模数为3.4的水玻璃、0.15份聚乙烯醇和0.03份的海藻酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至70℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）在搅拌状态下，将水相加入至油相中，通过高速乳化设备，在10000转/分钟下乳化6分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液，乳液粒径2~4微米，黏度176 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，20 s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例5
（1）将25份十八碳醇与0.09份硬脂酸混合加热到90℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.09份模数为3.2的水玻璃、0.15份聚聚乙烯吡咯烷酮和0.12份的海藻酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至90℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）在搅拌状态下，将水相加入至油相中，通过高速乳化设备，在10000转/分钟下乳化10分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液，乳液粒径2~5微米，黏度287 mPa·s，放置48h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，17 s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例6
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.05份硬脂酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.08份模数为3.4的水玻璃、0.1份聚乙烯醇和0.08份的海藻酸分散在70份儿去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）在搅拌状态下，将水相加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化5分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液，乳液粒径2~4微米，黏度216 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，14 s时泡沫高度降至100 mL以下。
对比例1
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.05份硬脂酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.08份氢氧化钠、0.1份聚乙烯醇和0.08份的海藻酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）在搅拌状态下，将水相加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化5分钟，冷却后，所获得的高碳醇乳液有少量分层，且含有颗粒物，上层乳液层粒径3~5微米，黏度334 mPa·s，放置24小时，上层乳液呈膏状。
对比例2
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.05份硬脂酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.1份聚乙烯醇和0.08份的海藻酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
在搅拌状态下，将水相加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化5分钟，冷却后，乳液分层，上层呈膏状，在水中难以分散。
Claims (8)
1.一种利用原位合成胶体二氧化硅稳定高碳醇乳液的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将高碳醇和硬脂酸混合，加热熔融，得油相；
（2）将水玻璃、天然多糖和非离子聚合物分散在水中，加热升温到70-90℃，作为水相；
（3）将水相加入至油相中得油水混合物，乳化后得高碳醇乳液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非离子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚氧化乙烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的天然多糖为带有羧基的天然多糖海藻酸。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的水玻璃为模数3.0~3.4的中性水玻璃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高碳醇是十六碳醇和十八碳醇中的一种或二者的混合物；所述的硬脂酸为指十八碳的饱和脂肪酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高碳醇的使用量占总高碳醇乳液质量的25~30%；所述的硬脂酸用量为高碳醇质量的0.1~0.3%；所述的水玻璃用量为高碳醇质量的0.1~0.3%；所述的天然多糖用量为高碳醇质量的0.1~0.5%；所述的非离子聚合物用量为高碳醇质量的0.2~0.5%。
7.一种权利要求1~6任一项所述的方法制备的高碳醇乳液。
8.一种权利要求7所述的高碳醇乳液在造纸过程中的应用。
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